【志鸿优化设计】（浙江专用）高考物理一轮复习 第十二章 光学电磁波第一节光的折射全反射教学案.doc

第十二章 光学 电磁波考纲要求权威解读光的折射定律1.会分析与计算介质的折射率2.理解光导纤维的原理及应用，作光路图是几何光学的重要解题手段，又是考查重点3.知道光的特征现象4.以电磁波的特点为线索进行识记折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场电磁波的产生、反射和接收电磁波谱测定玻璃砖的折射率实验作光路图是关键；会处理数据用双缝干涉测光的波长实验理解各元件的作用；读准测量头的示数第一节 光的折射 全反射一、光的折射定律1光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时，_发生改变的现象称为光的折射现象。2光的折射定律内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角的_跟折射角的_成正比。公式：n(1、2分别为入射角和折射角，n为常数)3折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。(2)公式：n_。(3)物理意义：折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生偏折程度的物理量，与入射角1及折射角2大小_。4n_，其中c，v分别是光在真空、介质中的速度。5在光的折射现象中，光路是_的。二、全反射1光密介质与光疏介质2.全反射光从_介质入射到_介质的分界面上时，光_反射回光密介质的现象，这种现象叫全反射。3临界角折射角等于_时的入射角，称为临界角。当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时，发生全反射的临界角用sin c_计算。1关于全反射，下列说法中正确的是( )a光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射b光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射c光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射d光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射2一束光从某种介质射入空气中时，入射角130，折射角260，折射光路如图所示，则下列说法正确的是( )a此介质折射率为b此介质折射率为c相对于空气此介质是光密介质d光在介质中速度比在空气中大3单色光在真空中的传播速度为c，波长为0，在水中的传播速度是v，波长为，水对这种单色光的折射率为n。当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为1，折射角为2，下列说法中正确的是( )av，0b0n，vccvcn，0d0，vc4易错辨析：请你判断下列表述正确与否，对不正确的，请予以更正。(1)折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。(2)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。(3)我国使用的宽带光纤通信网络利用了光的衍射原理。(4)光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。一、对折射率的理解自主探究1在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a、b两种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像比a深。关于这两种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：b光的折射率大；a光的传播速度小；b光的频率大；a光的波长比b光的短。根据老师的假定，以上回答正确的是( )a b c d思考1：折射率公式n中1、2的含义？思考2：折射率与入射角大小有关吗？思考3：光线从折射率大的(光密)介质射向折射率小的(光疏)介质，入射角与折射角的大小关系？反之怎样？思考4：色光的频率由什么来决定？二、对全反射的理解自主探究2一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图为过轴线的截面图，调整入射角，光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin 的值。思考1：全反射发生的条件？思考2：全反射现象从能量角度如何去理解？命题研究一、折射定律及折射率的应用【题例1】一半径为r的球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心o的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为r，光在真空中的传播速度为c，求：(1)出射角；(2)光穿越球体的时间。解题要点：规律总结光的折射问题的规范求解1一般解题步骤(1)依据题意准确作出光路图，注意作准法线。(2)利用数学知识找到入射角或折射角。(3)利用折射定律列方程。2应注意的问题(1)根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。(2)应用公式n时，一定要确定准哪个角在分子上，哪个角在分母上。(3)注意在折射现象中，光路是可逆的。命题研究二、光的折射、全反射的综合应用【题例2】 (2012海南琼海模拟)如图所示，用折射率n=的玻璃做成内径为r、外径为r=r的半球形空心球壳，一束平行光射向此半球的外表面，与中心对称轴oo平行，试求：(1)球壳内部有光线射出的区域；(2)要使球壳内部没有光线射出，至少用多大的遮光板，如何放置才行？解题要点：规律总结解答这一类光学临界问题要利用折射定律和全反射的条件。在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，据此画出其反射、折射或全反射的光路图，再进行推断或求解。1.如图，半圆形玻璃砖置于光屏pq的左下方。一束白光沿半径方向从a点射入玻璃砖，在o点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带。若入射点由a向b缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到o点，观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( )a减弱，紫光 b减弱，红光c增强，紫光 d增强，红光2(2012北京理综)一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的( )a速度变慢，波长变短 b速度不变，波长变短c频率增高，波长变长 d频率不变，波长变长3一束光从空气射向折射率为的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为_。真空中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为_。4. (2012山东潍坊一模)如图是透明圆柱介质的横截面，c、d为圆上两点。一束单色光沿bc方向入射，从d点射出。已知cod90，bco120。(1)求介质的折射率；(2)改变bco的大小，能否在介质的内表面发生全反射？参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.传播方向2正弦正弦3(2)(3)无关4.5可逆二、1.光密光疏2光密光疏全部390基础自测1acd解析：发生全反射的条件是：光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角，选项a、c、d正确。2bc解析：由n知，选项b、c正确，a、d错误。3b解析：由n知，0n，由n知，vc，选项b正确。4bd解析：由光路图可知，单色光q的折射率较大，选项a错误；光束的频率与介质无关，折射率大的光束频率大，选项b正确而c错误；由n知vqvp，选项d正确。4答案：(1)正确。(2)正确。(3)错误。光纤通信利用了光的全反射原理。(4)正确。核心理解深化【自主探究1】 c解析：由b在水下的像比a深可知，光束a的折射率较大，说法正确，故选项c正确。提示：1.公式n中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角。2折射率是由介质本身的光学性质和光的频率决定的，与入射角大小无关。3光线从折射率大的(光密)介质射向折射率小的(光疏)介质，入射角大于折射角，光线从折射率小的(光疏)介质射向折射率大的(光密)介质，入射角小于折射角。4色光的频率由色光自身来决定；同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。【自主探究2】 答案：解析：当光线在水面发生全反射时有sin c当光线从左侧射入时，由折射定律有n联立这两式代入数据可得sin 。提示：1.条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角大于等于临界角。2当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。考向探究突破【题例1】 答案：(1)60(2)解析：(1)设入射光线与球体的交点为c，连接oc，oc即为入射点的法线。因此，图中的角为入射角。过c点作球体水平表面的垂线，垂足为b，如图所示。依题意，cob又由obc知：sin 设光线在c点的折射角为，由折射定律得由式得30由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角如图所示为30由折射定律得，因此sin ，解得60。(2)由几何知识知aco为等腰三角形，故2cos 30r光线在球体内的传播速度为v设光穿越球体的时间为t，则t由得t【题例2】 答案：(1)以oo为中心线，o为顶点，顶角为120的圆锥球壳内部有光线射出。(2)至少用一个半径为r的圆形遮光板，圆心过oo轴并垂直该轴放置。解析： (1)设光线aa射入外球面，沿ab方向射向内球面，刚好发生全反射，则sin c。所以c45在oab中，oar，obr所以，sin r，即r30，则cr453015又ooai，由n，得sin insin r，所以i45即oobi451560当射向外球面的入射光线的入射角小于i45时，这些光线都会射出内球面。因此，以oo为中心线，o为顶点，顶角为120的圆锥球壳内有光线射出。(2)由图中可知，hrsin irr，所以，至少用一个半径为r的圆形遮光板，圆心过oo轴并垂直该轴放置，才可以挡住射出球壳的全部光线，这时球壳内部将没有光线射出。演练巩固提升1c解析：因n红n紫，再由临界角公式sin c可得，c红c紫，因此当增大入射角时，紫光先发生全反射，紫光先消